一般系統(tǒng)論的主要內(nèi)容及其應用

1、一般系統(tǒng)論的主要內(nèi)容及其應用 一般系統(tǒng)論的主要內(nèi)容及其應用 研究系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法的哲學理論又稱系統(tǒng)觀。辯證唯物主義認為物質(zhì)世界是由無數(shù)相互聯(lián)系相互依賴相互制約相互作用的事物和過程所形成的統(tǒng)一整體這就是系統(tǒng)普遍存在性的哲學基礎(chǔ)。系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法又為辯證唯物主義的發(fā)展提供了素材。也有人將系統(tǒng)思想和一般系統(tǒng)論稱為系統(tǒng)論與控制論和信息論一起俗稱三論。 研究復雜系統(tǒng)的一般規(guī)律的學科又稱普通系統(tǒng)論。現(xiàn)代科學可按所研究的對象系統(tǒng)的具體形式劃分成各門學科如物理學化學生物學經(jīng)濟學和社會學等也可按研究方法劃分成兩大類別即簡單系統(tǒng)理論和復雜系統(tǒng)理論。一般系統(tǒng)論是研究復雜系統(tǒng)理論的學科著重研究復雜系統(tǒng)的潛在的一般

2、規(guī)律。 歷史背景系統(tǒng)的存在是客觀事實但人類對系統(tǒng)的認識卻經(jīng)歷了漫長的歲月對簡單系統(tǒng)研究得較多而對復雜系統(tǒng)則研究得較少。直到20世紀30年代前后才逐漸形成一般系統(tǒng)論。一般系統(tǒng)論來源于生物學中的機體論是在研究復雜的生命系統(tǒng)中誕生的。1925年英國數(shù)理邏輯學家和哲學家N.懷特海在科學與近代世界一文中提出用機體論代替機械決定論認為只有把生命體看成是一個有機整體才能解釋復雜的生命現(xiàn)象。1925年美國學者A.J.洛特卡發(fā)表的物理生物學原理和1927年德國學者W.克勒發(fā)表的論調(diào)節(jié)問題中先后提出了一般系統(tǒng)論的思想。19241928年奧地利理論生物學家貝塔朗菲L.von多次發(fā)表文章表達一般系統(tǒng)論的思想提出生物學

3、中有機體的概念強調(diào)必須把有機體當作一個整體或系統(tǒng)來研究才能發(fā)現(xiàn)不同層次上的組織原理。他在1932年發(fā)表的理論生物學和1934年發(fā)表的現(xiàn)代發(fā)展理論中提出用數(shù)學模型來研究生物學的方法和機體系統(tǒng)論的概念把協(xié)調(diào)有序目的性等概念用于研究有機體形成研究生命體的三個基本觀點即系統(tǒng)觀點動態(tài)觀點和層次觀點。1937年貝塔朗菲在芝加哥大學的一次哲學討論會上第一次提出一般系統(tǒng)論的概念。但由于當時生物學界的壓力沒有正式發(fā)表。1945年他發(fā)表關(guān)于一般系統(tǒng)論的文章但不久毀于戰(zhàn)火沒有引起人們的注意。19471948年貝塔朗菲在美國講學和參加專題討論會時進一步闡明了一般系統(tǒng)論的思想指出不論系統(tǒng)的具體種類組成部分的性質(zhì)和它們之

4、間的關(guān)系如何存在著適用于綜合系統(tǒng)或子系統(tǒng)的一般模式原則和規(guī)律并于1954年發(fā)起成立一般系統(tǒng)論學會(后改名為一般系統(tǒng)論研究會)促進一般系統(tǒng)論的發(fā)展出版行為科學雜志和一般系統(tǒng)年鑒。雖然一般系統(tǒng)論幾乎是與控制論信息論同時出現(xiàn)的但直到6070年代才受到人們的重視。1968年貝塔朗菲的專著一般系統(tǒng)論基礎(chǔ)發(fā)展和應用總結(jié)了一般系統(tǒng)論的概念方法和應用。1972年他發(fā)表一般系統(tǒng)論的歷史和現(xiàn)狀試圖重新定義一般系統(tǒng)論。貝塔朗菲認為把一般系統(tǒng)論局限于技術(shù)方面當作一種數(shù)學理論來看是不適宜的因為有許多系統(tǒng)問題不能用現(xiàn)代數(shù)學概念表達。一般系統(tǒng)論這一術(shù)語有更廣泛的內(nèi)容包括極廣泛的研究領(lǐng)域其中有三個主要的方面。關(guān)于系統(tǒng)的科學又

5、稱數(shù)學系統(tǒng)論。這是用精確的數(shù)學語言來描述系統(tǒng)研究適用于一切系統(tǒng)的根本學說。系統(tǒng)技術(shù)又稱系統(tǒng)工程。這是用系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法來研究工程系統(tǒng)生命系統(tǒng)經(jīng)濟系統(tǒng)和社會系統(tǒng)等復雜系統(tǒng)。系統(tǒng)哲學它研究一般系統(tǒng)論的科學方法論的性質(zhì)并把它上升到哲學方法論的地位。貝塔朗菲企圖把一般系統(tǒng)論擴展到系統(tǒng)科學的范疇幾乎把系統(tǒng)科學的三個層次都包括進去了。但是現(xiàn)代一般系統(tǒng)論的主要研究內(nèi)容尚局限于系統(tǒng)思想系統(tǒng)同構(gòu)開放系統(tǒng)和系統(tǒng)哲學等方面。而系統(tǒng)工程專門研究復雜系統(tǒng)的組織管理的技術(shù)成為一門獨立的學科并不包括在一般系統(tǒng)論的研究范圍內(nèi)(見系統(tǒng)科學)。 系統(tǒng)思想系統(tǒng)思想是一般系統(tǒng)論的認識基礎(chǔ)是對系統(tǒng)的本質(zhì)屬性(包括整體性關(guān)聯(lián)性層次性統(tǒng)

6、一性)的根本認識。系統(tǒng)思想的核心問題是如何根據(jù)系統(tǒng)的本質(zhì)屬性使系統(tǒng)最優(yōu)化。 整體性雖然系統(tǒng)是由要素或子系統(tǒng)組成的但系統(tǒng)的整體性能可以大于各要素的性能之和。因此在處理系統(tǒng)問題時要注意研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系重視提高系統(tǒng)的整體功能。任何要素一旦離開系統(tǒng)整體就不再具有它在系統(tǒng)中所能發(fā)揮的功能。 關(guān)聯(lián)性關(guān)聯(lián)性是指系統(tǒng)與其子系統(tǒng)之間系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用相互依存和相互關(guān)系。離開關(guān)聯(lián)性就不能揭示復雜系統(tǒng)的本質(zhì)。 層次性一個系統(tǒng)總是由若干子系統(tǒng)組成的該系統(tǒng)本身又可看作是更大的系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)這就構(gòu)成了系統(tǒng)的層次性。T.米爾索姆曾把人類系統(tǒng)劃分為11個層次。不同層次上的系統(tǒng)運動有其特

7、殊性。在研究復雜系統(tǒng)時要從較大的系統(tǒng)出發(fā)考慮到系統(tǒng)所處的上下左右關(guān)系。 統(tǒng)一性一般系統(tǒng)論承認客觀物質(zhì)運動的層次性和各不同層次上系統(tǒng)運動的特殊性這主要表現(xiàn)在不同層次上系統(tǒng)運動規(guī)律的統(tǒng)一性不同層次上的系統(tǒng)運動都存在組織化的傾向而不同系統(tǒng)之間存在著系統(tǒng)同構(gòu)。 系統(tǒng)同構(gòu)系統(tǒng)同構(gòu)是一般系統(tǒng)論的重要理論依據(jù)和方法論的基礎(chǔ)。系統(tǒng)同構(gòu)一般是指不同系統(tǒng)的數(shù)學模型之間存在著數(shù)學同構(gòu)。常見的數(shù)學同構(gòu)有代數(shù)系統(tǒng)同構(gòu)圖同構(gòu)等。數(shù)學同構(gòu)有兩個特征兩個數(shù)學系統(tǒng)的元素之間能建立一一對應關(guān)系。兩個數(shù)學系統(tǒng)各元素之間的關(guān)系經(jīng)過這種對應之后仍能在各自的系統(tǒng)中保持不變。不同系統(tǒng)間的數(shù)學同構(gòu)關(guān)系是等價關(guān)系等價關(guān)系具有自返性對稱性和傳遞

8、性根據(jù)等價關(guān)系可將現(xiàn)實系統(tǒng)劃分為若干等價類。同一等價類內(nèi)系統(tǒng)彼此等價。因此藉助于數(shù)學同構(gòu)的研究可在現(xiàn)實世界中各種不同的系統(tǒng)運動中找出共同規(guī)律。 研究數(shù)學同構(gòu)有時要涉及數(shù)學同態(tài)。不同系統(tǒng)間的數(shù)學同態(tài)關(guān)系具有自返性和傳遞性但沒有對稱性。因此數(shù)學同態(tài)只用于分類和模型簡化不能劃分等價類。 對于許多復雜系統(tǒng)不能用數(shù)學形式進行定量的研究因此就有必要將數(shù)學同構(gòu)的概念拓廣為系統(tǒng)同構(gòu)。人們常常把具有相同的輸入和輸出且對外部激勵具有相同的響應的系統(tǒng)稱為同構(gòu)系統(tǒng)而把通過集結(jié)使系統(tǒng)簡化而得到的簡化模型稱為同態(tài)模型。一個系統(tǒng)根據(jù)研究的目的不同可以得出不同的同態(tài)模型而對于結(jié)構(gòu)和性能不同的系統(tǒng)它們的同態(tài)模型的行為特征卻可能

9、存在著形式上的相似性。不同的學科領(lǐng)域之間和不同的現(xiàn)實系統(tǒng)之間存在著系統(tǒng)同構(gòu)的事實是各學科進行橫向綜合和建立一般系統(tǒng)論的客觀基礎(chǔ)。 開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)是一般系統(tǒng)論中最重要的基本概念。開放系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)與外界環(huán)境之間有物質(zhì)能量或信息的交換。封閉系統(tǒng)則與此相反它與外界環(huán)境之間不存在物質(zhì)能量或信息的交換。用系統(tǒng)思想來觀察現(xiàn)實世界幾乎一切系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)。物理學中的所謂孤立系統(tǒng)(即封閉系統(tǒng))可看作是開放系統(tǒng)的一種特例。 為了明確一個系統(tǒng)的性質(zhì)必須首先確定系統(tǒng)邊界研究邊界上的物質(zhì)能量或信息的交流情況。封閉系統(tǒng)一般具有剛性的不可貫穿的邊界而開放系統(tǒng)的邊界具有可滲透性。但對于社會系統(tǒng)經(jīng)濟系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)和觀念系統(tǒng)

10、往往很難確定它們的邊界。 熱力學中的熵增加定律只能適用于孤立系統(tǒng)(即封閉系統(tǒng))并不適用于開放系統(tǒng)。因為開放系統(tǒng)與環(huán)境之間有物質(zhì)能量或信息的交流所以開放系統(tǒng)的運動在一定條件下可以是一個減熵的過程能使系統(tǒng)趨向于組織化和有序化。系統(tǒng)有序化的方向正是系統(tǒng)所追求的目標方向也表示了系統(tǒng)的目的性。復雜系統(tǒng)一般具有多目標甚至互相矛盾的目標這些目標需要通過各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)或協(xié)同作用才能達到。 因為開放系統(tǒng)與環(huán)境之間有物質(zhì)能量或信息的交流開放系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是一種動態(tài)平衡。開放系統(tǒng)具有一定的自動調(diào)節(jié)能力但保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有一定的限度。對于開放系統(tǒng)從不同的初始條件出發(fā)和通過不同的途徑可以達到相同的最終狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱

11、為系統(tǒng)的等終極性或系統(tǒng)發(fā)展的多途徑性。對于各種社會系統(tǒng)可以針對不同的初始狀態(tài)采取多種發(fā)展途徑實現(xiàn)同一目標。這種系統(tǒng)往往沒有唯一的最優(yōu)解具有一定的靈活性。 開放系統(tǒng)的演化過程在一定條件下是一個減熵的過程使系統(tǒng)的組織化程度或有序化程度不斷提高系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨復雜而精致功能更趨完善系統(tǒng)逐漸由低級向高級發(fā)展。地球上生物進化的歷程就是開放系統(tǒng)演化的一種重要模式。 系統(tǒng)哲學一般系統(tǒng)論是研究一切系統(tǒng)的共同規(guī)律的學科。一般系統(tǒng)論的廣泛應用不但引起科學技術(shù)界的廣泛重視而且也引起哲學界的濃厚興趣。貝塔朗菲認為系統(tǒng)作為新的科學范疇所引起的世界觀方面的變化就是系統(tǒng)哲學所要探討的問題。 一般系統(tǒng)論的思想源泉是唯物辯證法

12、它的許多基本觀點與唯物辯證法是一致的。系統(tǒng)哲學主要研究系統(tǒng)本體論和系統(tǒng)認識論等問題。系統(tǒng)哲學在哲學上的地位和作用是現(xiàn)代哲學界爭論的焦點之一。 發(fā)展趨勢貝塔朗菲創(chuàng)立的一般系統(tǒng)論從理論生物學的角度總結(jié)了人類的系統(tǒng)思想運用類比和同構(gòu)的方法建立開放系統(tǒng)的一般系統(tǒng)理論。他創(chuàng)立的一般系統(tǒng)論屬于類比型一般系統(tǒng)論對系統(tǒng)的有序性和目的性并沒有作出滿意的解答。 蘇聯(lián)學者A.烏耶莫夫提出參量型一般系統(tǒng)論。他認為貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論是用同構(gòu)和同態(tài)等類比形式創(chuàng)立的在實際運用中受到一定的限制。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)50多種獨立的類比形式其中許多可以用于發(fā)展類比型一般系統(tǒng)論因此這種理論還可以得到發(fā)展。但對不同的系統(tǒng)進行類比不是建立一

13、般系統(tǒng)論的唯一途徑。參量型一般系統(tǒng)論是用系統(tǒng)參量來表達系統(tǒng)的原始信息再用電子計算機建立系統(tǒng)參量之間的聯(lián)系從而確定系統(tǒng)的一般規(guī)律。 一般系統(tǒng)論發(fā)展中出現(xiàn)的另一個重要領(lǐng)域是數(shù)學系統(tǒng)論或一般系統(tǒng)的數(shù)學理論。其代表人物有M.D.梅薩羅維茨A.W.懷莫爾和G.J.克利爾。 一些物理學家生物學家和化學家還在各自的領(lǐng)域中沿著貝塔朗菲開創(chuàng)的開放系統(tǒng)理論深入研究一般系統(tǒng)論并得到了關(guān)于復雜系統(tǒng)的一系列重要規(guī)律。其中最著名的有普里戈金I.的耗散結(jié)構(gòu)理論M.艾根的超循環(huán)理論和哈肯H.的協(xié)同學。 系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律的學問，它研究各種系統(tǒng)的共同特征，用數(shù)學方法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統(tǒng)

14、的原理、原則和數(shù)學模型，是具有邏輯和數(shù)學性質(zhì)的一門新興的科學。系統(tǒng)思想源遠流長、但作為一門科學的系統(tǒng)論人們公認是美籍奧地利人。理論生物學家L.V貝塔朗菲創(chuàng)立的。他在1925年發(fā)表"抗體系統(tǒng)論"，提出了系統(tǒng)論的思想。l937年提出了一般系統(tǒng)論原理奠定了這門科學的理論基礎(chǔ)945年才公開發(fā)表，他的理論于1948年在美國再次講授"一般系統(tǒng)論"時，才得到學術(shù)界的重視。確立這門科學學術(shù)地位的是1968年貝塔朗菲發(fā)表的專著：一般系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、發(fā)展和應用（General System Theory; Foundations, Development, Applicati

15、ons）,該書被公認為是這門學科的代表作。 系統(tǒng)一詞，來源于古希臘語，是由部分組成整體的意思。今天人們從各種角度上對系統(tǒng)下的定義不下幾十種。一般系統(tǒng)論則試圖給一個能描示各種系統(tǒng)共同特征的一般的系統(tǒng)定義通常把系統(tǒng)定義為：由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機整體。在這個定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個概念，表明了要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三方面的關(guān)系。系統(tǒng)論認為整體性、關(guān)聯(lián)性、等級結(jié)構(gòu)性、動態(tài)平衡性、時序性等是所有系統(tǒng)的共同的基本特征。系統(tǒng)論的核心思想是整體觀念，貝塔朗菲強調(diào)，任何系統(tǒng)部是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立

16、狀態(tài)下所沒有的新質(zhì)(整體大于部分發(fā)之和)。其基本思想方法就是把所研究和處理的對象，當作一個系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動納規(guī)律性，并優(yōu)化系統(tǒng)的整體功能。所以從系統(tǒng)觀點看問題，世界上任何事物都可以看成是一個系統(tǒng)，系統(tǒng)是普通存在的。系統(tǒng)是多種多樣的，可以根據(jù)不同的原則和情況來劃分系統(tǒng)的類型。按人類干預的情況可劃分自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)，按學科領(lǐng)域就可分成自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和思維系統(tǒng)，按范圍劃分則有宏觀系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)，按與環(huán)境的關(guān)系劃分就有開放系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)等等。系統(tǒng)論的任務不僅在于認識系統(tǒng)的特點和規(guī)律，更重要地還在于利用這些特點和規(guī)律去控制、管理、改造或創(chuàng)造一個系統(tǒng)，使它的存在與發(fā)展合乎人的目的需要。也就是說，研究系統(tǒng)的目的在于調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)各要素關(guān)系，使系統(tǒng)達到優(yōu)化目標。 系統(tǒng)論的出現(xiàn)使人類的思維方式發(fā)生了深地變化。以往研究問題，總是將事物分解成若干部分，抽象出最簡單的因素來，然后再以部分的性質(zhì)去說明整體的性質(zhì)，用最簡單因素說明復雜事物。這是幾百年來在特定范圍內(nèi)行之有效、人們最熟悉的思維方法。在現(xiàn)代科學的整體比和高度綜合化發(fā)展的趨勢下，在人類面臨許多規(guī)模巨大、關(guān)系復雜、參數(shù)眾多的復雜問題面前，就顯得無能為力了。而系統(tǒng)分析方法卻能站在時代前列高屋建瓴，綜觀全局